垂直多關節(jié)機器人位置控制結構設計（臂部關節(jié)）

垂直多關節(jié)機器人位置控制結構設計（臂部關節(jié)）,垂直,關節(jié),機器人,位置,控制,結構設計,臂部 垂直多關節(jié)機器人位置控制結構設計（臂部關節(jié)）演講人：1 緒論緒論1.1 機器人概念機器人概念機器人（機器人（Robot）是自動執(zhí)行工作的機器裝）是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能預先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術制定的原則綱領行動。它的任務是協(xié)技術制定的原則綱領行動。它的任務是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。建筑業(yè)，或是危險的工作。垂直多關節(jié)機器人圖1.2 課題研究的背景和意義課題研究的背景和意義機器人是一門綜合性很強的科學，有著極其廣泛的研究和應用領域。機器人技術是綜合了計算機技術、信息融合技術、機構學、傳感技術、仿生科學以及人工智能等多學科而形成的高新技術，它不僅涉及到線性、非線性、基于多種傳感器信息控制以及實時控制技術，而且還包括復雜機電系統(tǒng)的建模、數(shù)字仿真技術及混合系統(tǒng)的控制研究等方面的技術。1.3 國內(nèi)機器人的研究國內(nèi)機器人的研究我國已在“七五”計劃中把機器人列人國家重點科研規(guī)劃內(nèi)容，撥巨款在沈陽建立了全國第一個機器人研究示范工程，全面展開了機器人基礎理論與基礎元器件研究。十幾年來，相繼研制出示教再現(xiàn)型的搬運、點焊、弧焊、噴漆、裝配等門類齊全的工業(yè)機器人及水下作業(yè)、軍用和特種機器人。1.4機器人的組成機器人的組成1.4.1執(zhí)行機構一般機器人的執(zhí)行機構由手部或者叫抓取部分、腕部、臂部、緩沖與定位，還有行走機構組成。1.4.2驅(qū)動機構驅(qū)動機構主要有液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動、電動驅(qū)動和機械驅(qū)動等形式。不過目前還是以液壓和氣動用的最多。1.4.3控制機構機器人的控制方式有點動和連續(xù)控制兩種方式。大多數(shù)是用插銷板進行點位程序控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機數(shù)字控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標位置，并注意其加速度特性。1.5垂直多關節(jié)機器人垂直多關節(jié)機器人垂直多關節(jié)機器人的主要優(yōu)點：（1）柔性大，工作范圍大。（2）提高噴涂質(zhì)量和材料使用率。（3）易于操作和維護，可離線編程，大大的縮短現(xiàn)場調(diào)試時間。（4）設備利用率高，垂直多關節(jié)機器人的利用率可達90%-95%。1.6 本課題研究內(nèi)容本課題研究內(nèi)容主要任務：（1）機器人小臂機構設計（2）機器人小臂受力計算與校核（3）機器人關節(jié)傳動設計（4）重要零件圖及裝配圖繪制（5）伺服電機選型2 機器人總體設計機器人總體設計2.1 確定基本技術參數(shù)確定基本技術參數(shù)2.1.1 機械結構類型的選擇機械結構類型的選擇a.圓柱坐標型圓柱坐標型 b.直角坐標型 c.球坐標型 d.回轉坐標型e.平面 對以上五種方案進行比較：方案一不能夠完全實現(xiàn)本課題所要求的動作；方案二體積大，靈活性差；方案三結構復雜；方案五無法實現(xiàn)本課題的動作。結合本課題綜合考慮決定采用方案四機器人。此方案所占空間少，工作空間范圍大，動作靈活，工藝操作精度高。2.1.2 額定負載2.1.3 工作范圍2.1.4 操作機的驅(qū)動系統(tǒng)設計2.1.5 控制系統(tǒng)選擇2.1.6 確定機器人手臂的配置形式2.2 機器人手臂材料選擇機器人手臂材料選擇機器人手臂材料首先應是結構材料。手臂承受載荷時，不應有變形和斷裂。從力學角度看，即要具有一定的強度。手臂材料應選擇高強度材料，如鋼、鑄鐵、合金鋼等。機器人手臂是運動的，又要具有很好的受控性，因此，要求手臂比較輕。綜合而言，應該優(yōu)先選擇強度大而密度小的材料做手臂。2.3 垂直多關節(jié)機器人工作空間的計算垂直多關節(jié)機器人工作空間的計算圖2.3 垂直多關節(jié)機器人工作空間示意圖3 垂直多關節(jié)機器人小臂結構設垂直多關節(jié)機器人小臂結構設計計3.1 電動機的選擇電動機的選擇3.2 小臂部結構設計小臂部結構設計小臂殼體采用鑄鋁，方形結構，質(zhì)量輕，強度大。3.3 小臂電機及減速器選型小臂電機及減速器選型本垂直多關節(jié)機器人小臂部兩個自由度是平面旋轉，若軸承是光滑的，則旋轉所需的靜轉矩比較小。因為將臂伸開呈一條直線時轉動慣量最大，所以在旋轉開始時可產(chǎn)生步進電機的轉矩不足。3.4 凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計算凸輪波發(fā)生器及其薄壁軸承的計算3.5 軸結構尺寸設計軸結構尺寸設計3.6 軸的受力分析及計算軸的受力分析及計算軸的受力分析圖 3.7 軸承的壽命校核軸承的壽命校核小臂系統(tǒng)總裝圖總總 結結我國機器人的研究和應用起步較晚，但是隨著國我國機器人的研究和應用起步較晚，但是隨著國內(nèi)外機器人的快速發(fā)展、社會需求的增大和技術內(nèi)外機器人的快速發(fā)展、社會需求的增大和技術的進步，垂直多關節(jié)機器人得到了迅速的發(fā)展，的進步，垂直多關節(jié)機器人得到了迅速的發(fā)展，多品種、少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質(zhì)量及生多品種、少批量生產(chǎn)方式和為提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求，是推動裝垂直多關節(jié)機產(chǎn)效率的生產(chǎn)工藝需求，是推動裝垂直多關節(jié)機器人發(fā)展的直接動力。機器人在輕型、較簡單且器人發(fā)展的直接動力。機器人在輕型、較簡單且要求機器人價格較低的噴涂作業(yè)中大顯了身手。要求機器人價格較低的噴涂作業(yè)中大顯了身手。本課題正是在這種背景下提出來的，這是一項具本課題正是在這種背景下提出來的，這是一項具有重要意義的課題。有重要意義的課題。